：本實用新型涉及特種加工應(yīng)用領(lǐng)域，具體為一種水輔助冷卻激光切割碳纖維復(fù)合材料的裝置。

背景技術(shù)：
：碳纖維復(fù)合材料(carbonfiberreinforcedplastics，CFRP)是由具有優(yōu)秀力學(xué)性能的碳纖維作為增強(qiáng)體、樹脂作為基體固化成形的先進(jìn)復(fù)合材料，這兩種材料的組合使得CFRP具有比強(qiáng)度高、比剛度高、重量輕及可設(shè)計性等優(yōu)點，因此，越來越廣泛地應(yīng)用于航空航天和汽車領(lǐng)域。但是，由于其性能主要受到碳纖維和基體的特性差異、纖維的取向以及纖維和基體的體積含量的影響，導(dǎo)致它具有層間強(qiáng)度低、各向異性、硬度高、脆性大等特點，這使得CFRP的傳統(tǒng)接觸式機(jī)械加工容易出現(xiàn)一系列的問題，比如：刀具極易被磨損、復(fù)合材料分層和纖維容易破碎等加工質(zhì)量不高、材料加工后性能變差等。激光切割以其切縫窄、切割速度快、無機(jī)械切削力和能夠切割各種復(fù)雜形狀的部件等優(yōu)點，已經(jīng)成功應(yīng)用于金屬和非金屬的切割。然而由于碳纖維在徑向和縱向熱膨脹系數(shù)的不同以及碳纖維與樹脂基體的熱性能上的巨大差異，使得激光切割CFRP非常的困難，主要表現(xiàn)在激光切割后出現(xiàn)的一系列熱損傷：熱影響區(qū)、纖維拔出、分層等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：基于激光切割碳纖維復(fù)合材料過程中存在的各種問題，本實用新型通過引入水輔助冷卻技術(shù)，利用水的冷卻作用輔助激光切割碳纖維復(fù)合材料，以期縮小材料的熱影響區(qū)，并減少纖維拔出情況，從而提高材料的加工質(zhì)量。本實用新型所述的一種水輔助冷卻激光切割碳纖維復(fù)合材料的裝置，該裝置包括激光加工系統(tǒng)，所述的激光加工系統(tǒng)的激光束通過反射鏡進(jìn)入激光頭，所述的激光頭還需要通入輔助氣體；本技術(shù)方案的主要技術(shù)關(guān)鍵在于：還包括有水輔助冷卻系統(tǒng)，所述的水輔助冷卻系統(tǒng)包括固定工作臺、冷卻液槽、冷卻用水，所述的水輔助冷卻系統(tǒng)在加工前需要向冷卻液槽中注入定量的冷卻用水，裝置的固定工作臺把碳纖維復(fù)合材料固定在冷卻用水中以輔助冷卻加工；所述的激光束與輔助氣體經(jīng)激光頭共同射到位于冷卻用水中的碳纖維復(fù)合材料上以進(jìn)行切割加工。碳纖維復(fù)合材料固定在冷卻用水中時，優(yōu)選的方式是將切割材料浸泡至只保留頂面在空氣中。在本實用新型中，所述激光加工系統(tǒng)包括反射鏡、激光束、輔助氣體、激光頭，激光的電流強(qiáng)度為120～200A，脈沖寬度為0.4～1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20～50HZ，離焦量為1～3mm，激光掃描速度為0.6～1.5mm/s，激光加工系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束最終從激光頭發(fā)出。本實用新型具有的有益效果：(1)水輔助冷卻系統(tǒng)非常簡單，成本低，對材料無損傷；(2)水輔助冷卻系統(tǒng)的冷卻作用能夠有效縮小材料背面的熱影響區(qū)，降低材料加工區(qū)域纖維拔出情況；(3)激光的高能量能夠?qū)崿F(xiàn)快速切割材料；(4)利用激光、水輔助冷卻兩者的共同作用，能夠獲得良好的加工效果。附圖說明：圖1是本實用新型加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中：1、固定工作臺；2、冷卻用水；3、冷卻液槽；4、工作臺；5、碳纖維復(fù)合材料；6、激光頭；7、輔助氣體；8、激光束；9、反射鏡具體實施方式：為了使本實用新型的技術(shù)方案能夠更加清晰地表示出來，下面結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步說明。請參閱圖1，是一種水輔助冷卻激光切割碳纖維復(fù)合材料的裝置的一種具體實施方案，包括激光加工系統(tǒng)、水輔助冷卻系統(tǒng)，所述激光加工系統(tǒng)的激光束8通過反射鏡9反射進(jìn)入激光頭6，所述激光頭6還需要通入輔助氣體7，所述輔助氣體氧氣7與激光束8經(jīng)激光頭6共同射到材料5上；激光加工系統(tǒng)包括反射鏡9、激光束8、輔助氣體氧氣7、激光頭6，激光的電流強(qiáng)度為120～200A，脈沖寬度為0.4～1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20～50HZ，離焦量為1～3mm，激光掃描速度為0.6～1.5mm/s，所述激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束8最終從激光頭6發(fā)出。水輔助冷卻系統(tǒng)中包括輔助冷卻用水2、冷卻液槽3、工作臺4，所述水輔助冷卻系統(tǒng)的冷卻液槽3中注入定量的冷卻用水2直至浸泡需要加工的材料5只保留頂面在空氣之中，或者所述工作臺4把碳纖維復(fù)合材料5固定在冷卻用水2中指定位置以輔助冷卻加工；待加工完成后，將冷卻用水放出，最后取出材料。在實際應(yīng)用過程中，具體流程為：(1)確定材料尺寸及加工軌跡；(2)開始水輔助冷卻激光切割碳纖維復(fù)合材料。以切割增強(qiáng)纖維為T300，基體為環(huán)氧樹脂，各占50％，鋪層為對稱鋪置，屬于正交層合板(鋪層方向僅為0度與90度)，板厚2mm的碳纖維復(fù)合材料板為例，對本實用新型的切割步驟進(jìn)行詳細(xì)介紹。具體實現(xiàn)步驟如下：(1)確定材料尺寸及加工軌跡將切割增強(qiáng)纖維為T300，基體為環(huán)氧樹脂，各占50％，鋪層為對稱鋪置，屬于正交層合板(鋪層方向僅為0度與90度)，板厚2mm的碳纖維復(fù)合材料板固定在工作臺4上，并且加工軌跡為從碳纖維復(fù)合材料板的邊界至材料中心。(2)開始水輔助冷卻激光切割碳纖維復(fù)合材料正常啟動空氣開關(guān)和激光器開光，激光器為500W的Nd：YAG激光器，把激光器的電流強(qiáng)度調(diào)為160A，脈沖寬度調(diào)為0.6ms，脈沖重復(fù)頻率調(diào)為30HZ，離焦量設(shè)為0.8mm，輔助氣體7壓強(qiáng)設(shè)為4MPa。開始向冷卻液槽中注入輔助冷卻用水，直至浸泡需要加工的材料只保留頂面在空氣之中，固定好材料的位置。確定激光的掃描速度為1.0mm/s，激光按照預(yù)定路徑進(jìn)行切割，實際加工過程中還采用了水射流輔助的方式來提升材料正面的加工質(zhì)量。加工過程全部結(jié)束。通過上述步驟可以方便的切割碳纖維復(fù)合材料，通過水輔助冷卻系統(tǒng)，有效縮小了材料背面激光切割時產(chǎn)生的熱影響區(qū)，并改善了纖維拔出情況，同時減小了切縫寬度，提高了產(chǎn)品的加工質(zhì)量。以上所述僅表達(dá)了本實用新型的一種實施方式，其表述比較詳細(xì)，但是不可以理解為對本實用新型專利范圍的限制。需要說明的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以作任何形式的修改。因此，本實用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為依據(jù)。